Suppressing irreversible phase transition and enhancing electrochemical performance of Ni-rich layered cathode LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 by fluorine substitution

阴极 电化学 材料科学 锂(药物) 相变 相(物质) 氧化物 离子 容量损失 电极 同步加速器 化学工程 化学 冶金 有机化学 物理化学 热力学 光学 内分泌学 工程类 物理 医学
作者
Qi‐Qi Qiu,Shanshan Yuan,Jian Bao,Qinchao Wang,Xinyang Yue,Xun‐Lu Li,Xiaojing Wu,Yong‐Ning Zhou
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:61: 574-581 被引量:63
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2021.02.012
摘要

Ni-rich layered oxide LiNixCoyMn1-x-yO2 (x ≥ 0.8) is the most promising cathodes for future high energy automotive lithium-ion batteries. However, its application is hindered by the undesirable cycle stability, mainly due to the irreversible structure change at high voltage. Herein, we demonstrate that F substitution with the appropriate amount (1 at%) is capable for improve the electrochemical performance of LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 cathode significantly. It is revealed that F substitution can reduce cation mixing, stabilize the crystal structure and improve Li transport kinetics. The resulted LiNi0.9Co0.05Mn0.05O1.99F0.01 cathode can deliver a high capacity of 194.4 mAh g−1 with capacity retention of 95.5% after 100 cycles at 2C and 165.2 mAh g−1 at 5C. In-situ synchrotron X-ray technique proves that F ions in the cathode materials can suppress the irreversible phase transition from H2 phase to H3 phase in high voltage region by preventing oxygen gliding in a-b planes, ensuring a long-term cycle stability.
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